一种液力变矩器叶片造型方法技术

本发明专利技术公开了一种液力变矩器叶片造型方法，基于非均匀有理B样条曲线反算原理，利用一段三次五个型值点的非均匀有理B样条开曲线和一段三次的非均匀有理B样条闭曲线进行单元叶片骨线和单元叶片厚度分布的设计，首先提取已知叶型的型值点，通过反算矩阵计算出对应的控制点矩阵，然后建立非均匀有理B样条曲线控制点与叶片关键几何参数之间的解析关系，使得设计人员可以直接通过几何参数进行叶片设计，使得叶片设计全曲线实现全参数化设计，新设计的非均匀B样条曲线具有严格意义的曲率连续，完全满足工程上对流线型叶片设计的连续性和光滑性要求。叶片型线的设计具有很好的灵活性、局部可调性、适应性强的优点，设计参数简洁、直观。观。观。

【技术实现步骤摘要】
一种液力变矩器叶片造型方法


[0001]本专利技术涉及液力变矩器
，尤其涉及一种基于非均匀有理B样条型线反算原理的液力变矩器叶片造型方法。

技术介绍

[0002]现代工程机械面对的工程环境越来越复杂，在极端环境、极端工况工作的需求越来越旺盛，迫使发动机功率不断提高。液力变矩器作为液力传动系统的核心元件，需要时刻保持与发动机实现动态匹配，这就要求液力变矩器突破大功率、高能容、高转速的设计与制造关键技术瓶颈。叶片是液力变矩器叶轮转矩最直接的载体，叶片设计的好坏直接决定了整个液力变矩器乃至整个动力传动系统的起动性能和经济性能。
[0003]叶栅设计广泛采用的是基于一维束流理论的叶栅设计方法。一维束流理论做出了很多假设，将一个三维有粘、瞬态的湍流问题简化为一个关于设计流线的一维流动问题，这种假设加快了设计速度却使理论计算与实际流动严重不符，后期还需要多次进行试验对能头损失系数、液力损失进行经验修正，导致增加了设计成本，延长了设计周期。
[0004]关于一维束流理论的叶栅设计方法主要有两种：(1)投影于单圆柱面或多圆柱面的保角变换(等角射影)法；(2)基于反势流原理的环量分配法。
[0005]保角变换法是采用直线
‑
抛物线
‑
直线进行叶片骨线构造，曲线的灵活性很差，曲线最高只具有一阶导数连续，和具有曲率连续的流线型叶片设计理论相悖。叶片骨线的粗调和微调能力有限，不适合于构造大功率、高能容、高曲率叶栅系统的液力变矩器。此外，保角变换原理本身存在着累计误差，导致二维
‑
三维曲线出现不闭合和畸变的缺点，造成叶片曲线设计不可逆的设计误差。
[0006]环量分配法具有较好的粗调能力，但是存在着无法准确描绘叶片入口到出口这一段骨线的具体走向。它基于偏移量计算出一系列离散的点确定叶片的三维坐标，实现三维叶片造型，叶片骨线的解析描述和曲率计算问题不能很好的解决。此外，由于无法做出精确的解析描述叶片入口到出口的斜率或者曲率分布，因而无法在其法向实现精确加厚，实现压力面和吸力面精确计算。
[0007]虽然传统的叶片造型方法设计方法方便，易于理解，但是在叶片设计精度、造型灵活性和适应性均存在着很多的缺陷，已经不能满足工程上所要求的叶片造型灵活，适应性强，易于参数化表达，构造简单等特点。

技术实现思路

[0008]本专利技术针对上述技术问题，提供基于非均匀有理B样条(NURBS)型线反算原理的一种液力变矩器叶片造型方法。采用该方法对液力变矩器二维型线进行构造，使用该方法的叶片造型灵活，适应性强，全曲线完全的进行了参数化表达。建立了叶片骨线关键几何参数与非均匀有理B样条控制点之间的联系。叶片骨线控制点通过德布尔
‑
考克斯公式建立起与非均匀有理B样条型线之间的联系，可实现调整叶片关键几何参数，实现对叶片骨线的粗调
和微调，实现了叶片曲线的参数化设计和精确化调整。该造型方法采用的是三次非均匀有理B样条曲线，不具有任何拼接特征，具有严格意义的曲率连续，完全满足工程上对叶片造型方法连续性和光滑性的要求。
[0009]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0010]一种液力变矩器叶片造型方法，采用三次非均匀有理B样条开曲线和三次非均匀有理B样条闭曲线分别进行单元叶片骨线和单元叶片厚度分布曲线构造；然后对单元叶片骨线和单元叶片厚度分布控制点矩阵进行镜像、旋转、缩放操作获得实际叶片骨线和实际叶片厚度分布曲线；将实际叶片厚度叠加于实际叶片骨线法向获得压力面和吸力面二维型线；最后将二维叶片型线通过广义保角变换映射到三维空间构造出液力变矩器三维叶片实体。
[0011]进一步地，上述的液力变矩器叶片造型方法，包括以下步骤：
[0012]步骤1：给定液力变矩器的循环圆曲线，循环圆曲线包括泵、涡和导轮的内环曲线和外环曲线、叶轮叶片进出口边在循环圆视图上的旋转投影；
[0013]步骤2：由原始单元叶片骨线给定单元叶片骨线的五个型值点矩阵，型值点矩阵通过反算矩阵反算出单元叶片骨线的一段三次四阶五个型值点的单元叶片骨线的控制点矩阵，求得控制点矩阵之后，建立单元叶片骨线关键几何参数与控制点之间的联系，通过对控制点矩阵进行旋转、缩放操作获得实际叶片骨线控制点矩阵，根据非均匀有理B样条曲线公式计算出实际叶片骨线的插值曲线，进而实现实际叶片骨线的参数化构造；
[0014]步骤3：单元叶片厚度分布由一段闭合的三次非均匀有理B样条曲线构成，由给定的厚度分布关键几何参数求得一段三次四阶非均匀有理B样条闭曲线的型值点和控制点矩阵，经过缩放单元叶片厚度分布控制点矩阵获得实际叶片骨线的控制点矩阵，进而构造出实际叶片骨线；
[0015]步骤4：将实际叶片厚度分布曲线叠加到实际叶片骨线的法向，获得各叶轮叶片的二维型线即压力面和吸力面二维型线；
[0016]步骤5：将实际叶片二维型线的各分点进行广义保角变换映射求得三维叶片曲线的空间点，实现液力变矩器三维叶片的参数化造型设计。
[0017]进一步地，步骤2的具体过程为：
[0018]单元叶片骨线的型值点矩阵为：
[0019][0020]其中，x
G1
和y
G1
表示第二个型值点的横坐标和纵坐标，x
G3
和y
G3
表示第四个型值点的横坐标和纵坐标，和表示叶片骨线峰值型值点的横坐标和纵坐标；
[0021]设单元叶片骨线的控制点矩阵为：
[0022][0023]其中，α
i
和α
o
分别表示单元叶片骨线的进口角和出口角，y
g1
和y
g3
分别表示三次非均匀有理B样条曲线的第二和第四控制点纵坐标，和分别表示单元叶片骨线峰值控制点的横坐标和纵坐标；
[0024]单元叶片骨线采用一段三次NURBS开曲线构造，已知型值点，通过反算矩阵计算对应的控制点，其中NURBS开曲线的反算矩阵为：
[0025][0026]式中：d
i
为控制顶点，p
i
为型值点，引入符号Δ，将每个节点区间的区间长度表示为：Δ
i
＝u
i+1
‑
u
i
(i＝0,1,
…
,n),u
i
为节点值，正常数序列(i＝0,1,2
…
,n)，则公式(3)中的a
i
,b
i
,c
i
,e
i
可表示为：
[0027][0028]将公式(1)带入公式(3)和(4)求得所有的未知控制点d
i
，将反算出的控制点矩阵和公式(2)一一对应相等求得单元叶片骨线的关键几何参数，通过调整单元叶片关键几何参数实现对叶片骨线的参数化调整；
[0029]将泵轮单元叶片骨线进行镜像旋转缩放，获得实际泵轮单元叶片骨线二维型线的控制点本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种液力变矩器叶片造型方法，其特征在于，分别采用一段三次非均匀有理B样条开曲线和三次非均匀有理B样条闭曲线分别进行单元叶片骨线和单元叶片厚度分布曲线构造；首先提取已知叶型的型值点，根据型值点由反算矩阵计算出对应的控制点矩阵，然后对单元叶片骨线和单元叶片厚度分布控制点矩阵进行镜像、旋转、缩放操作获得实际叶片骨线和实际叶片厚度分布曲线；将实际叶片厚度叠加于实际叶片骨线法向获得压力面和吸力面二维型线；最后将二维叶片型线通过广义保角变换映射到三维空间构造出具有高度插值精度特征的液力变矩器三维叶片实体，实现了液力变矩器叶片的全曲线参数化设计。2.根据权利要求1所述的液力变矩器叶片造型方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：给定液力变矩器的循环圆曲线，循环圆曲线包括泵、涡和导轮的内环曲线和外环曲线、叶轮叶片进出口边在循环圆视图上的旋转投影；步骤2：由原始单元叶片骨线给定单元叶片骨线的五个型值点矩阵，型值点矩阵通过反算矩阵反算出单元叶片骨线的一段三次四阶五个型值点的单元叶片骨线的控制点矩阵，求得控制点矩阵之后，建立单元叶片骨线关键几何参数与控制点之间的联系，通过对控制点矩阵进行旋转、缩放操作获得实际叶片骨线控制点矩阵，根据非均匀有理B样条曲线公式计算出实际叶片骨线的插值曲线，进而实现实际叶片骨线的参数化构造；步骤3：单元叶片厚度分布由一段闭合的三次非均匀有理B样条曲线构成，由给定的厚度分布关键几何参数求得一段三次四阶非均匀有理B样条闭曲线的型值点和控制点矩阵，经过缩放单元叶片厚度分布控制点矩阵获得实际叶片骨线的控制点矩阵，进而构造出实际叶片骨线；步骤4：将实际叶片厚度分布曲线叠加到实际叶片骨线的法向，获得各叶轮叶片的二维型线即压力面和吸力面二维型线；步骤5：将实际叶片二维型线的各分点进行广义保角变换映射求得三维叶片曲线的空间点，实现液力变矩器三维叶片的参数化造型设计。3.根据权利要求2所述的液力变矩器叶片造型方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：单元叶片骨线的型值点矩阵为：其中，x
G1
和y
G1
表示第二个型值点的横坐标和纵坐标，x
G3
和y
G3
表示第四个型值点的横坐标和纵坐标，和表示叶片骨线峰值型值点的横坐标和纵坐标；设单元叶片骨线的控制点矩阵为：
其中，α
i
和α
o
分别表示单元叶片骨线的进口角和出口角，y
g1
和y
g3
分别表示三次非均匀有理B样条曲线的第二和第四控制点纵坐标，和分别表示单元叶片骨线峰值控制点的横坐标和纵坐标；单元叶片骨线采用一段三次非均匀有理B样条开曲线构造，已知型值点，通过反算矩阵计算对应的控制点，其中NURBS开曲线的反算矩阵为：式中：d
i
为控制顶点，p
i
为型值点，引入符号Δ，将每个节点区间的区间长度表示为：Δ
i
＝u
i+1
‑
u
i
(i＝0,1,
…
,n),u
i
为节点值，正...

【专利技术属性】
技术研发人员：马文星，冉子林，刘春宝，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：